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M.Sc. Rene Budich Projekt : EBALD 03.11.2015Seite 1M.Sc. Rene Budich

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M.Sc. Rene Budich Projekt : EBALD 03.11.2015Seite 2

INHALT

1 Einleitung

2 Relevanz und Erfordernis

3 Messtechnik

4 Fahrzeugtechnische Untersuchungen

4.1 Kleinkehrmaschine Citymaster

4.2 Kleintransporter Plantos

4.3 PKW Smart ed

5 Fazit und Ausblick


INHALT

1 Einleitung 2 Relevanz und Erfordernis

3 Messtechnik




4.3 PKW Smart ed



Konsortialführer:

Stadtreinigung Dresden GmbH

Projektkoordination:

TU Dresden,

Lehrstuhl Kommunikationsakustik

Projektpartner:

TU Dresden, Lehrstuhl Verkehrsökologie

Hochschule für Technik und Wirtschaft,

Professur für Fahrzeugelektrotechnik/

Elektrische Mobilität

Projektpartner


Hauptziel des Projekts EBALD

Akzeptanzverbesserung elektrisch

betriebener Fahrzeuge im

innerstädtischen Bereich durch die

Verbesserung des Emissionsverhaltens


INHALT

1 Einleitung

2 Relevanz und Erfordernis3 Messtechnik




4.3 PKW Smart ed



Umfrage zur Elektromobilität

Welchen Stellenwert hat Ihrer Meinung nach Elektromobilität ?

1 = sehr hoch

4 = sehr gering

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

… in Ihrem Bundesland

… in Ihrer Region

… in Ihrer Kommune… in Ihrem

Unternehmen

… für Sie persönlich

Fuhrparkverantwortlicher Elektrisch Fahrer Elektrisch

Fuhrparkverantwortlicher nicht Elektrisch Fahrer nicht Elektrisch


Umfrage zur Elektromobilität

Wie viele Kleinkehrmaschinen (KKM) mit einem Gesamtgewicht ≤ 3,5t befinden sich in ihrem Fuhrpark?

Ranking

Stadt Anz. KKM Einwohner

Berlin 131 3.400000

Duisburg 39 486000

Hamburg 32 1.700000

Würzburg 17 124000

Kassel 15 194000

Frankfurt 12 700000

Essen 12 570000

Leipzig 11 531000

Freiburg 11 220000

Dresden 6 530000

- Insgesamt 358 KKM ≤ 3,5t erfasst

- ≈ 10 % aller in D zugelassenen KKM ≤ 3,5t

- Quelle: KBA – Stand 01.01.14


Die Lösung ist Elektromobilität

– Kein örtlicher NOX oder CO2-Ausstoß

– Keine Feinstaubbelastung durch Rußpartikel

– Geräuschminimiertes Arbeiten möglich

– Arbeitszeitverschiebung möglich

– Neue Aufgabenfelder möglich (z.B. Altstadtpflaster)

Lösungsansatz

… aber auch dessen Nachteile ?

Alle Vorteile eines Elektrofahrzeuges


• Hohe Kosten der Batterie

• Sehr leise Ängste, das Fahrzeug zu überhören

• Öffentliche Ladeinfrastruktur zu schlecht ausgebaut

• Reparaturen nur schwer möglich

• Kein Vertrauen in die Technik, keine Langzeiterfahrungen

Probleme von Elektro-Fahrzeuge

Umweltbrief-team (2013): Warum ein Elektroauto fahren. Online verfügbar unter

http://www.umweltbrief.de/neu/html/Elektroauto_fahren.html, zuletzt aktualisiert am 01.03.2013, zuletzt

geprüft am 18.05.2015.

12 %

3 %

29 %

56 %


• Feste Routen und Einsatzpläne damit wird genaue Vorhersage der Reichweite möglich

• Durch Integration kaskadierbarer Batterien wird deren optimale Auslegung möglich

• Langsame Fahrten mit wenigen Betriebspunkten (5 km/h, 40 km/h)

• Nebenaggregate sind einzeln elektrifizierbar und somit auch separat zu steuern

• Hohe Kosten können durch neue Geschäftsfelder und erweiterte Arbeitszeiten kompensiert werden

• Sicherheitsrisiken können unter Nutzung der Umfeldsensorik minimiert werden „intelligente“ Kehrmaschine

Die Kehrmaschine als ideales Elektrofahrzeug


INHALT

1 Einleitung


3 Messtechnik4 Fahrzeugtechnische Untersuchungen



4.3 PKW Smart ed



Messrechner

Messprinzip

Spannungsversorgung

CAN-BUS

GPS NL-402U

TemperaturStromwandler

Spannungswandler

Datenlogger LEVLog


Prinzip der Adapterbox

• Individuell anpassbar an das

jeweilige Messobjekt

• Individuelle Steckertopologien

möglich

• Schnittstelle ist ein

50poliges Flachbandkabel

• Interne weitere Beschaltung

möglich (z.B. Zündungssignal)


Montageort des Datenerfassungssystems

Darf den Fahrer nicht

stören

Einfach an- und abbaubar

Einfache Bedienung


Datenaufnahme / Prinzip

Energie

Aufnahme GesamtenergieSteckdose

Antrieb

Komfort

Verlustehttp://www.smart-electric-drive.com/uploads/pics/bg_sicherheit.jpg


Aufbau und Anschluss

1. Rückbaufähig (kein Eingriff in

bestehendes System)

2. Spritzwassergeschützt (IP65),

d.h. für Außenbereiche geeignet

3. Zusätzlicher Personenschutz

durch FI Schutzschalter (30 mA)

4. Für jede Steckdose geeignet

5. Verlängerung Spiralkabel zur

Zugentlastung (ausgehend von

Steckdosenhöhe nach

DIN18015 (1,05 m) Länge:

1,10 m)

6. Leicht im Kofferraum verstaubar

1,1 m

Smart ed- Ladekabel / Quelle: Daimler AG


Datenübertragung (Fahrtenbucheintrag)

Contra Pro

http://www.experto.de/fahrtenbuch-1280px-854px.jpg


INHALT

1 Einleitung


3 Messtechnik




4.3 PKW Smart ed



1. Tellerbürsten

2. Saugmund

3. Saugrohr

4. Sauggebläse

5. Kehrgutbehälter

Schmutzlöseeinrichtung

Aufnahmeeinrichtung

Sammeleinrichtung

Allgemeiner Aufbau einer Kehrmaschine


Aufbau VKM-Kehrmaschine (CM600)

Klimatisierung

12V-Bordnetz

Heben/Senken

Fahren

Kehren

Saugen

LenkenFarblegende

Chemische Energie

Mechanische Energie

Hydraulische Energie

Elektrische Energie


Sankeydiagramm Citymaster 600 (VKM)

32 kW

12 kW5 kW

7 kW

44 kW

Betriebsmodus 5 km/h


Aufbau nach Konzept II

Farblegende

Chemische Energie

Mechanische Energie

Hydraulische Energie

Elektrische Energie

Klimatisierung

12V-Bordnetz

Heben/Senken

Fahren

Kehren

Saugen

Lenken


Zusammenfassung

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Basismaschine (CM600) Konzept I Tennat Konzept II

Bilanz

VKM Ladegerät/Batterie Hydraulik Elektrik Nutzleistung

[kW]


INHALT

1 Einleitung


3 Messtechnik




4.3 PKW Smart ed



• Antrieb

• Permanent- Synchron-Maschine 85 kW

• Drehmoment: 230 Nm

• Energiesystem

• Traktionsbatterie (39 kWh)

• Energieverbrauch: 35 kWh/100km

• Merkmale

• 130 km/h

• 3,5 t Eigengewicht

• 2170 kg Nutzlast

Plantos – German e-cars

Vollelektrifizierter Lastkraftwagen 7,5 t

Werte laut Herstellerangaben


Plantos – Energieverbrauch

• Technische Daten

Herstellerangabe: 35 kWh/100 km

Ein Ladegerät pro Phase 27 A

3 Ladegeräte

• Ladesystem

Wallbox mit Drehstromanschluss

Energiezähler – Smartmeter 3~

Eintrag ins Fahrtenbuch

Gemessene Energie: 57 kWh/100 km

• Traktion

Gemessenen Energie (Traktion): 36,8 kWh/100 km

Gemessen mit Datenlogger (Spannung, Strom)

Wirkungsgrad – Ladesystem und Batterie: 65 %



• Energieaufnahme aus dem Netz

Bilanzierte Kosten: 14,25 €/100 km (bei 57 kWh mit 0,25€/kWh)

Mit steigender Umgebungstemperatur sinkt der Verbrauch (0,5 kWh/K)

Fahrleistung pro Monat: ø 1030 km



• Rekuperation im Antriebssystem Rekuperationsrate 12,5 % bei mittl. Aussentemperatur ϑ

m= 13,5°C

Bsp.: 13.Mai 2015 – 3 Stunden Fahrzeit (ϑm

= 13 °C)

• 27,24 kWh Traktionsenergie

• 4,82 kWh Rückgespeiste Energie

• 17,7 % Rekuperationsrate

Bsp.: 16.Okt 2014 – 3 Stunden Fahrzeit (ϑm

= 12 °C)

• 13,8 kWh Traktionsenergie

• 0,97 kWh Rückgespeiste Energie

• 7 % Rekuperationsrate

Rekuperation ist abhängig vom Fahrstil und den Umgebungsbedingungen


Plantos – Fahrten (mit Datenlogger HTW)

Betriebsdauer am Tag

Betriebsdauer: ø 3 Stunden / Einsatzstrecke: ø 45,8 km / Energie: ø 16,7 kWh

Längste Einsatzdauer betrug 5 h und 44 min mit 53,4 km Strecke (16. Mai 2015)

Kürzeste Einsatzdauer betrug 1 h mit 14,3 km Strecke (02. Okt. 2014)

Gefahrene Strecke mit ø 3,5 km

Fahrzeugbewegung: bis zu 10 Fahrten pro Tag (Fahraufkommen)

Fahrstrecke:

längste Zeit (1 Strecke): 2 Stunden und 20 min mit 21 km Strecke (20.10.2014)

- Entnommene Energie: 10 kWh Ladezustandsänderung: -31 %

Ladezustand

Ladezustand des Fahrzeugs beim Abstellen: mittl. Wert 64 %


Plantos – Ladezeiten/ Betrieb

• Ladeverhalten (rote Linie) kein Ladeverhalten

Ladezeiten: nachts (22:00 bis 6:00) Uhr und nach Schichtende ab 14:30 Uhr

Geplante Pausenzeit: (8:30 – 10:30) Uhr


GPS-Auswertung


GPS-Auswertung

Einzelfahrt ZeitraumbetrachtungStart der Aufzeichnung 16.01.2015 10:46 05.12.2014 10:53-

Ende der Aufzeichnung 16.01.2015 12:01 03.02.2015 08:56 -

Anzahl der Trackpoints 3.874 61.219 -

Länge der Aufzeichnung 01:15:38 20:15:20 hh:mm:ss

Reine Fahrzeit 01:15:38 20:15:20 hh:mm:ss

Summe der Pausenzeiten (Pausen > 3 min) 00:00:00 00:00:00 hh:mm:ss

Maximale Geschwindigkeit 89,64 724,1 km/h

Durchschnittsgeschwindigkeit ohne Pausen 19,75 14,14 km/h

Durchschnittsgeschwindigkeit incl. Pausen 19,75 14,14 km/h

Streckenbezogener Anteil bis 30 km/h 22,6 33,9 %

Streckenbezogener Anteil bis 60 km/h 74,6 62,7 %

Länge der betrachteten Strecke 24,895- km

Benötigte Zeit für die Strecke 01:15:38- hh:mm:ss

Reine Fahrzeit 01:15:38- hh:mm:ss

Summe der Pausenzeiten (Pausen > 3 min) 00:00:00- hh:mm:ss

Maximale Geschwindigkeit 89,64- km/h

Durchschnittsgeschwindigkeit ohne Pausen 19,75- km/h

Durchschnittsgeschwindigkeit incl. Pausen 19,75- km/h

…


INHALT

1 Einleitung


3 Messtechnik




4.3 PKW Smart ed



Vorstellung eSmart

Smart fortwo electric drive der SRD

Hersteller / Model Smart fortwo electric drive

Antriebsleistung 55 kW (75 PS)

Reichweite Wi/So 120 km – 145 km

Höchstgeschwindigkeit 125 km/h

Ladedauer 7 h bei 230VAC / 1 h mit 400 V DS (Wallbox)

Sitzplätze / Kofferraum 2 / 340 l

Verbrauch 15,1 kWh / 100 km - 0 gCO2/km*

Energieinhalt des Antriebsakkumulators 17,6 kWh

Preis 18.910 € zzgl. Batteriemiete: 45 € / Monat

Quelle: ADAC Motorwelt, Heft 2 Febr. 2014

Quelle: www.smart.de


-> Energiebedarf im Winter um ca. 25 % erhöht

Durchschnittlicher Verbrauch (ab Batterie)

12,37

15,95

0

5

10

15

20

durchschnittlicher Verbrauch [kWh/100 km]

Sommer

Winter


Anteil der Geschwindigkeitsbereiche bezogen auf die Gesamtfahrzeit

-> vorwiegende Nutzung im urbanen Verkehrsraum

Geschwindigkeitsverteilung

43%

56%

1%

0%0%

3-30 kmh

30-60 kmh

60-90 kmh

90-120 kmh

> 120 kmh


Start SoC

-> 60 % der Fahrten starten bei einem SoC zwischen 60 % und 100 %

Häufigkeitsverteilung

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

Häufig

keit

Start SOC [%]

relativ kummuliert


INHALT

1 Einleitung


3 Messtechnik




4.3 PKW Smart ed



- Entwicklung spezieller Messtechnik

- Erstellung von Umbaukonzepten

- Untersuchung von 3 Kehrmaschinen (davon eine elektrisch)

- Untersuchungen am Plantos

- Untersuchungen an PKWs (Smart ed)

- Auslegung der Motoren und Antriebe für einen eigene Umbau

- Auslegung der Batterie

- Entwicklung von Prüffmethoden

- Bürsten

- Antrieb

- Saugeinrichtung

- Entwicklung einer Simulationsumgebung

- Entwicklung von Managementsystemen incl. Demonstrator

Fazit/Erreichtes


M.Sc. Rene Budich

Labor Automobilelektronik / Elektrische Mobilität Laborgebäude (A) Friedrich-List-Platz 1 D-01069 Dresden

Tel. +49 (0) 351 462 2365

E-Mail: [email protected]: http://www.htw-dresden.de/fakultaet-elektrotechnik

mailto:[email protected]

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